Neutronenstrahlung

Neutronen sind viel schwerer abzuschirmen als andere Strahlungsformen. Der beste Weg ist die Verwendung leichter Elemente, idealerweise Wasserstoff, aber Wasser und Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffen eignen sich aufgrund ihres hohen Wasserstoffgehalts gut. Ein solcher Schild absorbiert die Neutronen nicht wirklich, sondern bremst sie nur ab, bis sie sich mit thermischer Geschwindigkeit im Material bewegen. Sobald wir die Neutronen verlangsamt haben, können wir sie in Materialien einfangen, die große Absorptionsquerschnitte bei thermischen Geschwindigkeiten haben.

http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/crosssection.html hat eine Tabelle solcher Querschnitte für die Elemente im Periodensystem. Die Interessanten stehen ganz unten, und wenn wir die seltenen und teuren (ganz zu schweigen von den radioaktiven) entfernen, landen Bor und Cadmium als geeignete Absorber. Bor hat den zusätzlichen Vorteil, leicht zu sein.

Selbst wenn wir die Materialauswahl optimieren, wird ein typischer Neutronenschild für einen Reaktor mehrere Meter dick sein, und wir müssen uns immer noch um Aktivierung und sekundäre Kernreaktionsprodukte kümmern. Die Neutronenabschirmung in einer tatsächlichen Anlage ist daher kompliziert und es gibt keine einfachen Rezepte.

Neutronenstrahlung ist schwer abzuschirmen, da Neutronen nicht geladen sind und nur in Reaktionen der starken und schwachen Wechselwirkung wechselwirken. Die starke Wechselwirkung hat eine kurze Reichweite und die schwache Wechselwirkung ist schwach im Vergleich zu den anderen Wechselwirkungen.

Ein weiteres Problem dabei ist, dass Neutronenstrahlung dazu neigt, Material ziemlich stark zu aktivieren. Neutronenstrahlung abzuschirmen und Materialien zu entwickeln, die ihr möglichst lange standhalten, ist eine der großen Herausforderungen der Fusionsforschung.

@CuriousOne erwähnte einige Optionen für Materialien mit hohen Neutroneneinfangquerschnitten. Eine weitere sehr interessante Reihe von Reaktionen sind die zu Lithium-6 und Lithium-7:

$$\begin{align} \rm {}^6_3Li + {}^1_0n &\to\rm {}^4_2He + {}^3_1H + 4.8\,MeV \\ \rm {}^7_3Li + {}^1_0n\text{ (fast)} &\to\rm {}^4_2He + {}^3_1H + {}^1_0n - 2.5\,MeV\end{align}$$

Diese beiden sind für die Fusion sehr interessant, weil sie Tritium produzieren$^{3}_1\mathrm{H}$, ein wichtiger Fusionsbrennstoff, durch Absorbieren/Moderieren von Neutronenstrahlung, einem Fusionsprodukt.